Risspridning

Risspridning är processen där en redan existerande spricka växer under påfrestning i ett material. Den är central inom frakturemekanik och gäller för metaller, keramer och polymerer. Sprickutvecklingen kan ske under statisk belastning eller under cyklisk belastning (trötthet) och påverkas av miljöförhållanden, temperatur och materialets mikrostruktur. För att bedöma säkerhet används modeller från frakturemekanik.

Drivkraften bakom sprickväxten beskrivs ofta med stressintensitetsfaktorn K, som varierar med spricklängd och lastens form (Mode I, II, III). Den kritiska drivkraften K_IC anger brottståligheten; när K överstiger K_IC uppstår snabb fraktur. Under cykliska laster kan sprickan växa även när medellaster är låga; ofta används Paris lag: da/dN = C (ΔK)^m, där ΔK är skillnaden i K mellan två efterföljande cykler, och C och m är materialparametrar.

Mekanismer: I spröda material dominerar spricköppningsdriven tillväxt (Mode I). I duktila material uppträder plastisk utböjning och sprickfronten bryts ned genom utdraget plastisk deformation. Sprickans bana påverkas av mikrostruktur, korngränser och residualbelastningar.Miljöfaktorer kan sänka K_IC och påskynda spridning, till exempel i närvaro av vatten (korrosion) eller väteinnehåll (väteembritt).

Övervakning och förebyggande: För att minska risspridning används material med högre K_IC, lämplig geometri och ytförbättringar som inducerar kompressiv residualstress. Skyddande beläggningar och miljöstyrning kan reducera miljörelaterad sprickväxt. Övervakning görs med icke-destruktiva metoder som ultraljud, penetrantprovning, radiografi och akustisk emission.

Betydelse: Risspridning är en av de viktigaste orsakerna till oplanerade fel i konstruktioner som flygplanskomponenter, rörsystem och broar. Förståelse av sprickväxt gör det möjligt att dimensionera säkrare och planera underhåll för att förebygga kritisk spricklängd.